【正文】 圖 綜合式車架 賽車車架的介紹 賽車一般分為兩 類： 單體式（ monocoque） 車架是由復(fù)合材料一體成形的殼體，質(zhì)輕而堅硬，尺寸也非常精確， F1采用的就是這種結(jié)構(gòu)。在目前 FSAE賽車中使用的是由金屬管件構(gòu)成的空間剛架結(jié)構(gòu)，用以承受全車載荷，并且是所有部件的安裝基礎(chǔ)。 發(fā)動機的外觀尺寸參考 CF188發(fā)動機的外形安裝尺寸它對車架發(fā)動機的固定空間設(shè)計非常重要 （如圖 ） 圖 發(fā)動機外形尺寸 圖 FSAE賽車總體布置 賽車的總體布置是根據(jù)以上參考進行的 ，最后對車架進行了總體的布置（如圖） 圖 賽車總體布置圖 總體布置是由發(fā)動機前置前驅(qū)與發(fā)動機后置后驅(qū)所選擇，最終選用發(fā)動機后置后 13 驅(qū)的原因有以下幾點： （ 1） 如果選用發(fā)動機前置前驅(qū)使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，總體布置工作較為困難，維修與保養(yǎng)時的接近性變差。 通過設(shè)計本次共設(shè)計出三種不同結(jié)構(gòu)的車架。 方案三（如圖 ） 15 圖 車架方案三圖 特點： （ 1）車架長寬高 2410mmx650mmx1050mm （ 2）車架發(fā)動機艙與座位底艙平行，前環(huán)與座位底艙成一定角度，是人的重心 和發(fā)動機重心降低。但是整個車架材料和管徑不宜過多，這會導(dǎo)致采購的困難，反而增加了成本。 1988 年， 的 Pro/ENGINEER誕生了。全相關(guān)性鼓勵在開發(fā)周期的任一點進行修改，卻沒有任何損失，并使并行工程成為可能，所以能夠使開發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮其作用。數(shù)據(jù)管理模塊的開發(fā)研制，正是專門用于管理并行工程中同時進行的各項工作，由于使用了 Pro/ENGINEER獨特的全相關(guān)性功能，因而使之成為可能。它運用離散的概念使整個問題由整體連續(xù)到分段連續(xù)；整體解析轉(zhuǎn)化為分段解析，從而使數(shù)值法與解析法互相結(jié)合，互相滲透，形成一種新的數(shù)值計算方法。有限元法分析的思想可以追溯到更早一些時候， 1943 年 R． Courant 首先提出離散化概念 —— 將一個原來是連續(xù)的整體剖分 (離散 )成為有限個分段連續(xù)單元的組合，并第一次嘗試應(yīng)用三角形單元的分片連續(xù)函數(shù)來求解扭轉(zhuǎn)問題。它作為分析飛機復(fù)雜結(jié)構(gòu)的一個有效方法 首先應(yīng)用于航空工業(yè)部門；隨后，迅速推廣到造船、建筑、機械等各個工業(yè)部門中國科學(xué)院馮庚教授早在六七十年代在設(shè)計水壩中就應(yīng)用了有限元法，獨立地發(fā)展了有特色的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)。分析每單元的力學(xué)特性后，再組集起來就能建立整體結(jié)構(gòu)的力學(xué)方程式，然后利用計算機求解。節(jié)點的位移分別是作為結(jié)構(gòu)的基本未 知量。 （圖 ） 30 圖 接口創(chuàng)建過程截圖 第三步分別點擊 CAD cofiguratio 下的三個子文件讓其運行，當(dāng)分別出現(xiàn)下列文字時候進行下一項當(dāng)點擊 Configure Slelcted CADINTERIFXES 時出現(xiàn)三個成功的時候 與 的借口就建立完成。 40 （ 3）三種車架通過分析都符合小于 235MPa 的 最大應(yīng)力，但在實際情況中還得考慮賽車的修理與維護，模型二由于結(jié)構(gòu)的原因發(fā)動機的維修空間非常小，不 利 于實際情況。 對優(yōu)化后的 車架進行模態(tài)分析 對優(yōu)化結(jié)果進行模態(tài)分析 （ 圖 — 圖 ） 圖 模態(tài)分析數(shù)據(jù)截圖 45 圖 車架一階振型圖 圖 車架二階振型圖 46 圖 車架三階振型圖 圖 車架四階振型圖 47 圖 車架五階振型圖 圖 車架六階振型圖 48 從圖 — 圖 中可以得到車架空載狀態(tài)下前 6階固有頻率及相應(yīng)的 震型，對車架而言做模態(tài)分析就是考了吧低階頻率應(yīng)避開發(fā)動機的怠速運轉(zhuǎn)頻率，以免發(fā)生共振。通過分析 ，掌握了賽車車架結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計要求的結(jié)論，為中國 FSAE 賽車車架的設(shè)計提供了一種方法。上海工程技術(shù)大學(xué)報，20xx,6 [8] 張德平 , 徐澤古 , 徐斌 . 客車車身骨架有限元分析 [ J ]. 客車技術(shù)與研究 , 20xx, 30 [9] 陳國華 . 汽車車門靜態(tài)強度剛度計算與分析 [ J ]. 機械制造與自動化 , 20xx, 3 [10]期刊：于國飛，黃紅武，吳俊輝，基于有限元的 FSAE 賽車車架的強度及剛度計算與分析，廈門理工大學(xué)機械工程系 [11]碩士學(xué)位論文：居小凡，陳關(guān)龍， Formula SAE 賽車的設(shè)計制造及測試，上海交通大學(xué)， [12]詹友剛： Pro/ENGINEER 中文野火版 曲面設(shè)計教程，機械工業(yè)出版社， [13]谷安濤，常國振，汽車車架設(shè)計計算的有限元法，長春汽車研究所 [14]卞學(xué)良，汽車設(shè)計，機械工業(yè)出版社， [15]王國權(quán)，龔國慶，汽車設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書，機械工業(yè)出版社， [16] 劉極峰，計算機輔助設(shè)計 與制造 .[M].北京：高等教育出版社， 20xx [17]韓璐，司景萍，李臣，基于 ansysy 軟件的車架設(shè)計研究綜述，內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) [18]王新彥，基于 ansys 的越野車車技模態(tài)分析，江蘇科技大學(xué)機械工程學(xué)院， [19] Chan, M. Doecke,Design/Build of a Formula SAE Vehicle, The University of Adelaide FSAE Newsletter, [20] Adam Theander, Design of a Gearshift Mechanism with Integrated Clutch Lever, KTH Project Report Course 4F1542, 51 致 謝 為期四個月的畢業(yè)設(shè)計就要結(jié)束了。 希望各位老師多多批評指正。在此期間，我查閱了大量有關(guān)資料，細心研究各個 設(shè)計 的環(huán)節(jié)。通過本次設(shè)計我成功的將自己的設(shè)計融入到軟件中，經(jīng)過有限元分析得到了最佳結(jié)構(gòu)的車架，同時通過軟件檢測車架的頻率沒有和其他頻率重合，提高了車架的使用壽命。 本章小結(jié) 本章通 過對車架進行了靜力結(jié)構(gòu)的分析，通過分析得數(shù)據(jù)得到了優(yōu)化的結(jié)果，完成了優(yōu)化設(shè)計，并對優(yōu)化后的車架進行了側(cè)翻安全分析和模態(tài)分析，最終完成了本次設(shè)計的重要內(nèi)容。 但是考慮大賽要求，車架主環(huán)，前環(huán)必須要用直徑 25的鋼管，雖然直徑20 的車架結(jié)構(gòu)強度上都能滿足要求，但是最終參賽比賽車架選用模型一的方案 ，這樣不但加工方便而且能降低制造成本。通過 網(wǎng)格 劃分和加載等得下圖（圖 — 圖 ） 圖 車架一網(wǎng)格劃分截圖 34 圖 車架 一 施加約束與載荷截圖 圖 車架二網(wǎng)格劃分截圖 35 圖 車架二施加約束與載荷截圖 圖 車架三網(wǎng)格 劃分截圖 36 圖 車架三施加約束與載荷截圖 車架結(jié)構(gòu)靜力分析 通過軟件的分析分別得到 三個車架的最大變形圖和等效應(yīng)力圖如（圖 — 圖） 圖 車架一變形圖 37 圖 車架一應(yīng)力圖 圖 車架二變形圖 38 圖 車架二應(yīng)力圖 圖 車架三變形圖 39 圖 車架三應(yīng)力圖 對車架進行優(yōu)化設(shè)計 通 過以上 ansys 靜力結(jié)構(gòu)分析得 數(shù) 據(jù) 如 “ 表 ” 表 三種車架分析所得數(shù)據(jù) 模型一 模型二 模型三 最大變形量 （ mm） 最大應(yīng)力 （ Mpa） 由于 FSAE 賽車車架是通過焊接而成，所以對材料的選擇必須符合相應(yīng)的要求，通過查詢機械設(shè)計手冊得 焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼 Q235 鋼材有以下屬性： 耐候鋼既耐大氣腐蝕鋼，在鋼中加入少量合金元素（如銅， Cr， Ni 等），使其在金屬基體表面形成保護層，提高鋼材的耐候性能，同時保持良好的焊接性能。引入邊界約束條件后解此方程就求 得節(jié)點位移，并計算出各單元應(yīng)力。為了能夠進行數(shù)值分析，有限單元法在處理這類問題時，首先應(yīng)用離散的思想，把問題簡化為具有有限個自由度的問題，然后借用結(jié)構(gòu)矩陣分析的方法處理。為了應(yīng)用電算的這個特 點來求解線性方程組，有限元法廣泛采用矩陣算法，它在大量運算中顯示出巨大優(yōu)點。 1965 年 O． C． Zienkiewicz 等發(fā)表了有限元法可以應(yīng)用于所有能按變分形式計算的場問題、這就使有限元法得到了更廣泛的應(yīng)用。20 世紀(jì) 50 年代開始，隨著電子計算機的應(yīng)用，有限元法作為一種數(shù)值分析工具，借助于高速電子計算機的配合，使得以前這類難以處理的工程技術(shù)問題都可能獲得一 個近似的計算機解。 車架方案一的模型建立 . 首先新建零件圖，不適用缺省模板，然后選擇牛頓毫米秒的單位 （如圖 — 圖） 圖 新建零件圖 21 圖 選擇牛毫米 秒為單位圖 建立各種平面完成車架的線型（如圖 ） 圖 車架一線形的建立圖 22 然后運用拉伸掃描的功能完成車架方案一的模型建立（如圖 ） 圖 車架一的模型圖 車架方案二的模型建立 首先新建零件圖，不適用缺省模板，然后選擇牛頓毫 米秒的單位 （如圖 — 圖） 圖 新建零件圖 23 圖 選擇牛毫米秒為單位圖 建立各種平面完成車架的線型 （如圖 ） 圖 車架二線形的建立圖 24 然后運用拉伸掃描的功能完成車架方案二的模型建立（如圖 ） 圖 車架二的模型圖 車架方案三的模型建立 首先新建零件圖，不適用缺省模板，然后選擇牛頓毫米秒的單位 （如圖 — 圖） 圖 新建零件圖 25 圖 選擇牛毫米秒為單位圖 建立各種平面完成車架的線型（如圖 ） 圖 車架三線形的建立圖 26 然后運用拉伸掃描的功能完成車架方案二的模型建立（如圖 ） 圖 車架三的模型圖 本章小結(jié) 本章主要對 proe 軟件進行了介紹，同時運用 proe 軟件對自己設(shè)計的三種不同結(jié)構(gòu)的車架完成了建模，為導(dǎo)入 ansys 軟件進行有限元分析做了前期非常重要的建模工作。 裝配、加工、制造以及其它學(xué)科都使用這